Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia.
O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25 oC (HΔo25) do metano, do butano e do octano.
À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido, considerando-se que o metano, o butano e o octano sejam representativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é:
A) gasolina, GLP e gás natural.
B) gás natural, gasolina e GLP.
C) gasolina, gás natural e GLP.
D) gás natural, GLP e gasolina.
E) GLP, gás natural e gasolina.
Resolução em Texto
📚 Matórias Necessárias para a Solução da Questão
- Termoquímica (Entalpia de Combustão)
- Estequiometria (Balanceamento de Reações de Combustão, Relação Molar)
- Química Orgânica (Hidrocarbonetos: Metano, Butano, Octano)
🎯 Tema/Objetivo Geral: Comparar a eficiência energética de diferentes combustíveis com base na quantidade de calor liberada por cada mol de CO₂ produzido, um critério de “eficiência ambiental”.
📊 Nível da Questão: Difícil.
Por quê? A questão exige múltiplos passos e a integração de diferentes áreas da química. O aluno precisa: 1) Escrever e balancear as três reações de combustão. 2) Extrair a entalpia (calor liberado) da tabela. 3) Calcular a nova relação pedida (calor liberado / mols de CO₂ produzidos) para cada combustível. 4) Comparar os três valores e ordená-los. Cada etapa requer atenção e conhecimento específico.
✅ Gabarito: Alternativa A.
Resumo: Para resolver, calculamos a “eficiência” de cada combustível em kJ por mol de CO₂. Primeiro, balanceamos as reações para saber quantos mols de CO₂ cada combustível produz. Depois, dividimos a entalpia de combustão pelo número de mols de CO₂. Os resultados são: Gasolina (Octano) ≈ -684 kJ/mol CO₂, GLP (Butano) ≈ -720 kJ/mol CO₂, Gás Natural (Metano) = -890 kJ/mol CO₂. Como a questão pede a ordem crescente de “quantidade de calor obtido” (ignorando o sinal negativo), a ordem é Gasolina < GLP < Gás Natural.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Transcrição Essencial 📌
“…a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO₂ gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é…”
O que está sendo pedido?
A questão pede para criarmos um “ranking de eficiência” dos três combustíveis. Mas o critério não é o calor total liberado, e sim uma nova métrica: Calor / CO₂. Queremos saber qual combustível libera mais calor para cada molécula de CO₂ que joga na atmosfera. A resposta deve ser em ordem crescente (do menos eficiente para o mais eficiente, segundo esse critério).
Objetivo Cristalino 💎
Nosso objetivo é seguir um plano de três etapas para cada combustível:
- Escrever e balancear a equação de combustão completa.
- Dividir o valor da entalpia (ΔH) pelo número de mols de CO₂ (o coeficiente estequiométrico).
- Comparar os três valores obtidos e colocá-los em ordem crescente.
🧠 Uma reação que libera muito calor, mas também produz muito CO₂, é necessariamente “melhor” do que uma que libera menos calor, mas produz pouquíssimo CO₂? A questão nos força a pensar nessa relação.
Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdo Necessários
Definição de Termos 🔖
- Entalpia de Combustão (ΔH de combustão): É a quantidade de calor liberada quando 1 mol de uma substância é completamente queimado na presença de oxigênio. Por ser calor liberado, o valor é sempre negativo. O enunciado pede a “quantidade de calor obtido”, então vamos trabalhar com o valor absoluto (módulo) do ΔH.
- Combustão Completa de Hidrocarbonetos: Uma reação em que um hidrocarboneto (CₓHᵧ) reage com oxigênio (O₂) para formar gás carbônico (CO₂) e água (H₂O).
- Balanceamento: A regra é o “MACETE DO CHO“:
- C: Balancear os Carbonos.
- H: Balancear os Hidrogênios.
- O: Balancear os Oxigênios.
- Balanceamento: A regra é o “MACETE DO CHO“:
Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
Contextualização Simplificada 💬
Imagine que temos três carros, cada um usando um combustível diferente: Gás Natural (metano), GLP (butano) e Gasolina (octano). Queremos saber qual deles é o “mais ecológico” no sentido de “desempenho por poluição”. Para cada “nuvenzinha” de CO₂ que o carro solta, quanto “empurrão” (calor/energia) ele gerou? O carro que der o maior “empurrão” por “nuvenzinha” é o melhor. Nossa missão é calcular essa relação para os três combustíveis e colocá-los em ordem, do pior (menos empurrão por nuvenzinha) para o melhor.
Estratéia Geral 🗺️
Vamos analisar cada combustível separadamente, seguindo os passos definidos no Objetivo Cristalino.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
Passo a Passo Detalhado 👣
1. Análise do Gás Natural (Metano, CH₄):
- Reação: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O
- Balanceamento (CHO):
- C: 1 CH₄ → 1 CO₂
- H: 1 CH₄ → 2 H₂O
- O: 1 CO₂ (2 O) + 2 H₂O (2 O) = 4 O → 2 O₂
- Equação: CH₄ + 2 O₂ → 1 CO₂ + 2 H₂O
- Dados: Libera 890 kJ por mol de CH₄ (que produz 1 mol de CO₂).
- Relação Calor/CO₂: 890 kJ / 1 mol CO₂ = 890 kJ/mol CO₂
2. Análise do GLP (Butano, C₄H₁₀):
- Reação: C₄H₁₀ + O₂ → CO₂ + H₂O
- Balanceamento (CHO):
- C: 1 C₄H₁₀ → 4 CO₂
- H: 1 C₄H₁₀ → 5 H₂O
- O: 4 CO₂ (8 O) + 5 H₂O (5 O) = 13 O → 13/2 O₂
- Equação: C₄H₁₀ + 13/2 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O
- Dados: Libera 2.878 kJ por mol de C₄H₁₀ (que produz 4 mols de CO₂).
- Relação Calor/CO₂: 2.878 kJ / 4 mols CO₂ = 719,5 kJ/mol CO₂
3. Análise da Gasolina (Octano, C₈H₁₈):
- Reação: C₈H₁₈ + O₂ → CO₂ + H₂O
- Balanceamento (CHO):
- C: 1 C₈H₁₈ → 8 CO₂
- H: 1 C₈H₁₈ → 9 H₂O
- O: 8 CO₂ (16 O) + 9 H₂O (9 O) = 25 O → 25/2 O₂
- Equação: C₈H₁₈ + 25/2 O₂ → 8 CO₂ + 9 H₂O
- Dados: Libera 5.471 kJ por mol de C₈H₁₈ (que produz 8 mols de CO₂).
- Relação Calor/CO₂: 5.471 kJ / 8 mols CO₂ ≈ 683,9 kJ/mol CO₂
4. Ordenar os Resultados em Ordem Crescente:
Vamos comparar a quantidade de calor obtido por mol de CO₂ gerado:
- Gasolina (Octano): ≈ 684 kJ/mol CO₂ (O menor valor)
- GLP (Butano): ≈ 720 kJ/mol CO₂ (O valor intermediário)
- Gás Natural (Metano): 890 kJ/mol CO₂ (O maior valor)
A ordem crescente (do pior para o melhor, nesse critério) é:
Gasolina < GLP < Gás Natural
Fechamento e Expectativa
A análise nos leva à sequência: Gasolina, GLP e Gás Natural.
Passo 5: Análise das Alternativas
🟢 A) gasolina, GLP e gás natural.
Correta. Corresponde exatamente à ordem crescente que calculamos.
🔴 B) gás natural, gasolina e GLP.
Incorreta. Ordem errada.
🔴 C) gasolina, gás natural e GLP.
Incorreta. Ordem errada.
🔴 D) gás natural, GLP e gasolina.
Incorreta. Esta é a ordem decrescente.
🔴 E) GLP, gás natural e gasolina.
Incorreta. Ordem errada.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
Resumo do Raciocínio 📝
Para comparar a eficiência dos combustíveis segundo o critério de “calor liberado por mol de CO₂”, foi necessário primeiro determinar a estequiometria da combustão de cada um. Após balancear as reações, descobrimos que 1 mol de metano, butano e octano produzem, respectivamente, 1, 4 e 8 mols de CO₂. Dividindo a entalpia de combustão de cada um pelo seu respectivo número de mols de CO₂ gerado, obtivemos os seguintes valores de eficiência: octano (gasolina) ≈ 684 kJ/mol CO₂, butano (GLP) ≈ 720 kJ/mol CO₂, e metano (gás natural) = 890 kJ/mol CO₂. Colocando esses valores em ordem crescente, obtemos a sequência: gasolina, GLP e gás natural.
Gabarito Reafirmado 🏅
A alternativa correta é a A.
Resumo Final para Revisão
Em problemas de eficiência que criam uma nova métrica (como “energia por poluição”), não se deixe levar pelos valores brutos da tabela. O passo mais importante é calcular essa nova métrica para cada item antes de fazer a comparação final.
